RU2801369C1

RU2801369C1 - Method for breaking the ice cover

Info

Publication number: RU2801369C1
Application number: RU2022134882A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин; Виталий Леонидович Земляк; Константин Игоревич Ипатов; Даниэль Эльманович Бабашов
Filing date: 2022-12-27
Publication date: 2023-08-08

Abstract

FIELD: navigation in ice conditions.

SUBSTANCE: method for the destruction of the ice cover is proposed, which consists in excitation by an underwater multi-hull vessel in the ice cover of resonant bending-gravity waves. Two underwater hulls of a multihull vessel are interconnected and configured for changing the distance between them. During the movement of the ship, if it becomes necessary to increase its ice-breaking capacity, the distance between the hulls is periodically reduced with the frequency of resonant bending-gravity waves to the minimum safe value for a time equal to half their period.

EFFECT: periodic increase in the height of the excited flexural-gravity waves improves the ice-breaking ability.

1 cl

Description

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным методом (1. В.М. Козин. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. М.: Академия Естествознания. 2007. 355 с. ISBN 978-5-91327-01 7-7, см. стр. 5-9).The invention relates to navigation in ice conditions, in particular to submarines, sailing in ice conditions and destroying the ice cover by the resonance method (1. V.M. Kozin. Resonant method of breaking the ice cover. Inventions and experiments. M .: Academy of Natural Sciences. 2007 355 pp. ISBN 978-5-91327-01 7-7, see pp. 5-9).

Уровень техники известен из решения, в котором для разрушения ледяного покрова резонансным методом предлагается использовать многокорпусное судно, состоящее из двух подводных корпусов. Для повышения эффективности разрушения льда предложено соединять корпуса между собой с возможностью уменьшения расстояния между ними до минимально безопасного значения (2. RU 2784539 С1 - принят за прототип).The prior art is known from a solution in which it is proposed to use a multi-hull vessel consisting of two underwater hulls to destroy the ice cover by the resonance method. To increase the efficiency of ice destruction, it is proposed to connect the hulls to each other with the possibility of reducing the distance between them to the minimum safe value (2. RU 2784539 C1 - taken as a prototype).

Недостатком решения является ограниченность его ледоразрушающей способности.The disadvantage of the solution is the limitation of its ice-breaking ability.

Задача изобретения заключается в увеличении высоты возбуждаемых судном изгибно-гравитационных волн (ИГВ).The objective of the invention is to increase the height of the flexural gravity waves (IGW) excited by the vessel.

Технический результат заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова.The technical result consists in increasing the thickness of the destructible ice cover.

Существенные признаки, характеризующие изобретениеEssential features characterizing the invention

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова резонансным методом, реализуемым многокорпусным судном, состоящим из двух подводных корпусов, которые соединяют между собой с возможностью уменьшения расстояния между ними до минимально безопасного значения.Restrictive: a method of destroying the ice cover by the resonance method, implemented by a multi-hull vessel consisting of two underwater hulls that are interconnected with the possibility of reducing the distance between them to the minimum safe value.

Отличительные: во время движения судна расстояние между корпусами уменьшают периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равном половине их периода.Distinctive: during the movement of the ship, the distance between the hulls is reduced periodically with the frequency of resonant IGWs for a time equal to half their period.

Из [2] известно, что повышение эффективности разрушения льда происходит из-за понижения давления между корпусами при их сближении.It is known from [2] that an increase in the efficiency of ice destruction occurs due to a decrease in pressure between the bodies when they approach each other.

Также известно (3. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат. 1967. - 218 с., см. с. 136), что периодическое приложение нагрузки к ледяному покрову с частотой резонансных ИГВ значительно увеличивает его деформации по сравнению с такой же по интенсивности нагрузкой, но приложенной стационарно. Объясняется это тем, что при таких воздействиях возникают резонансные ИГВ. Таким образом, если периодически с частотой резонансных ИГВ уменьшать давление между корпусами судна, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных к основным (от поступательного движения судна) резонансных ИГВ. Очевидно, что для их благоприятной интерференции с основными ИГВ, т.е. достижения максимального периодического возрастания высоты суммарных ИГВ, необходимо, чтобы время воздействия сил (областей с пониженным давлением), возбуждающих дополнительные ИГВ, равнялось половине периода Т основных резонансных ИГВ, величину которого можно определить по зависимости [3]:It is also known (3. D.E. Kheisin. Ice cover dynamics. - L .: Gidrometeoizdat. 1967. - 218 p., see p. 136) that the periodic application of a load to the ice cover with the frequency of resonant IGWs significantly increases its deformation compared with the same intensity load, but applied stationary. This is explained by the fact that resonant IGWs arise under such impacts. Thus, if the pressure between the ship's hulls is periodically reduced with the frequency of resonant IGWs, then this will lead to the excitation in the ice cover of additional resonant IGWs in addition to the main (from the ship's forward motion). Obviously, for their favorable interference with the main IGWs, i.e. to achieve the maximum periodic increase in the height of the total IGWs, it is necessary that the time of exposure to forces (regions with reduced pressure) that excite additional IGWs is equal to half the period T of the main resonant IGWs, the value of which can be determined from the dependence [3]:

где: D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины; ρ_л - плотность льда; h - толщина ледяного покрова; g - ускорение силы тяжести.where: D is the cylindrical stiffness of the ice plate; ρ _l - density of ice; h is the thickness of the ice cover; g is the acceleration due to gravity.

В результате возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова, что приведет к увеличению изгибных напряжений в ледяном покрове.As a result, the most effective kind of additional to the main IGW buildup of the ice cover will arise, which will lead to an increase in bending stresses in the ice cover.

Также при проведении модельных экспериментов установлено, что при движении моделей подводных судов подошва ИГВ (где возникает область с максимально пониженным давлением) формируется в пределах их длины (4. В.М. Козин, и др. Ледоразрушающая способность изгибно-гравитационных волн от движения объектов. Владивосток: Дальнаука. 2005. 191 с. ISBN 5-8044-0508-Х).Also, when carrying out model experiments, it was found that when the models of underwater vessels move, the sole of the IGW (where the area with the maximum reduced pressure arises) is formed within their length (4. V.M. Kozin, et al. Ice-breaking ability of flexural-gravity waves from the movement of objects Vladivostok: Dalnauka, 2005. 191 pp. ISBN 5-8044-0508-X).

Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is carried out as follows.

Вначале под ледяным покровом начинают перемещать подводное многокорпусное судно с резонансной скоростью при параллельном (походном или эксплуатационном) расположении его корпусов относительно друг друга. Если разрушения льда при этом не происходит, то при помощи предварительно установленных на судне приводов корпуса сдвигают в горизонтальной плоскости до минимально безопасного значения. Между корпусами возникнет область пониженного давления. В результате к волновой нагрузке на ледяной покров от ИГВ добавится нагрузка от этой области, способствующая уменьшению силы поддержания льда и, как следствие этого, появлению во льду дополнительных изгибных напряжений. Если и это не приведет к разрушению льда, то во время движения судна расстояние между корпусами уменьшают периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равном половине их периода. В результате в ледяном покрове возникнут дополнительные резонансные ИГВ, которые, в фазе накладываясь на основные (от движения судна), вызовут их благоприятную, с точки зрения возрастания высоты волн, интерференцию. Это приведет к периодическому возбуждению ИГВ большей интенсивности (увеличению суммарной высоты ИГВ) т.е. к повышению эффективности разрушения ледяного покрова (увеличению толщины разрушаемого льда) - достижению заявленного технического результата.First, under the ice cover, an underwater multi-hull vessel begins to move at a resonant speed with a parallel (traveling or operational) arrangement of its hulls relative to each other. If the ice does not break down, then with the help of drives previously installed on the ship, the hulls are shifted in a horizontal plane to the minimum safe value. There will be an area of low pressure between the bodies. As a result, the load from this area will be added to the wave load on the ice cover from the IGW, which contributes to a decrease in the ice support force and, as a result, the appearance of additional bending stresses in the ice. If this does not lead to the destruction of ice, then during the movement of the vessel, the distance between the hulls is reduced periodically with the frequency of resonant IGWs for a time equal to half their period. As a result, additional resonant IGWs will appear in the ice cover, which, in phase superimposing on the main ones (due to the movement of the ship), will cause their favorable interference from the point of view of the increase in wave height. This will lead to periodic excitation of IGWs of greater intensity (an increase in the total height of IGWs), i.e. to increase the efficiency of the destruction of the ice cover (increase the thickness of the destroyed ice) - the achievement of the claimed technical result.

Claims

The method of breaking the ice cover by the resonance method, implemented by a multi-hull vessel, consisting of two underwater hulls, which are interconnected with the possibility of reducing the distance between them to the minimum safe value, characterized in that during the movement of the vessel, the distance between the hulls is reduced periodically with the frequency of resonant flexural gravitational waves for a time equal to half their period.